DE2607485B2 - PROCEDURE FOR ADJUSTING ANGLE ANGLE IN US TESTING OF PIPES, TAPES AND CURVED PLATES - Google Patents
PROCEDURE FOR ADJUSTING ANGLE ANGLE IN US TESTING OF PIPES, TAPES AND CURVED PLATESInfo
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Description
1515th
2020th
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von Einschallwinkeln bei der US-Prüfung von Rohren und gebogenen Blechen mit Normalprüfköpfen unter Anwendung der Tauchtechnik mit Wasser als Ankopplungsmedium. The invention relates to a method for setting insonification angles in the US testing of pipes and bent sheets with normal probes using the immersion technique with water as the coupling medium.
Grundsätzlich bekannt ist es, daß die Schallgeschwindigkeit temperatur- und druckabhängig ist (vergl. beispielsweise »Der Ultraschall«, L. Bergmann, jo Hirzel-Verlag, Stgt., 1954, Seiten 337 und 409-414).It is basically known that the speed of sound is temperature and pressure dependent (cf. for example "Der Ultraschall", L. Bergmann, jo Hirzel-Verlag, Stgt., 1954, pages 337 and 409-414).
Zum Auffinden von Fehlern mittels Ultraschall, deren Ausdehnungsrichtung vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des Prüflings verläuft, werden in den meisten Fällen Transversalwellen benutzt. Man spricht bei dieser Fehlerart auch von Längs- und Querfehlern.To find defects by means of ultrasound, the direction of extent of which is preferably perpendicular to the Transverse waves are used in most cases. One speaks with this type of defect also of longitudinal and transverse defects.
Im Gegensatz hierzu verwendet man zum Auffinden von Fehlern, deren Ausdehnungsrichtung vorzugsweise parallel zu der Oberfläche des Prüflings verläuft, überwiegend Longitudinalwellen.In contrast to this, to find defects, their direction of extension is preferably used runs parallel to the surface of the test object, predominantly longitudinal waves.
Die bei der US-Prüfung gebräuchlichen Einschallwinkel — gemeint sind hier die Einschallwinkel in dem zu prüfenden Medium bei Verwendung von Transversalwellen — liegen im Bereich zwischen 33 und 90°.The angle of incidence used in the US test - what is meant here is the angle of incidence in the to test medium when using transverse waves - lie in the range between 33 and 90 °.
Je nach Prüfaufgabe und Art des Prüflings werden aufgrund von Erfahrungen oder Prüfvorschriften bestimmte Einschallwinkel vorgegeben.Depending on the test task and type of test item, based on experience or test specifications predetermined insonification angles.
Bei der Wahl des Einschallwinkels müssen die Reflexionsbedingungen des Schalls in dem jeweiligen Prüfobjekt beachtet werden, da es aufgrund von Nebenwirkungen, die durch das Schallbündel hervorgerufen werden, zu Störanzeigen kommt. So treten z. B. bei allen Prüfköpfen, die für Winkeleinschallung benutzt werden, auch Randstrahlen auf, die den jeweils zulässigen Winkelbereich überschreiten. Bei sehr steilen Winkeln entstehen auf diese Weise zusätzlich zu den Transversalwellen in verstärktem Maße Longitudinalwellen, die bei Nichtbeachtung zu Störanzeigen führen. Bei flachen Einschallwinkeln >70° treten in Folge der Randstrahlen des Schallbündels bereits Oberflächen- e>o wellen auf, die ebenfalls wegen ihrer hohen Prüfempfindlichkeit im Oberflächenbereich des Prüflings Störanzeigen verursachen.When choosing the angle of incidence, the reflection conditions of the sound in the respective Test object should be observed as it is due to side effects caused by the sound beam there will be malfunction indications. So occur z. B. with all probes that are used for angle beam irradiation are also marginal rays that exceed the respective permissible angular range. At very steep In this way, angles are created in addition to the transverse waves to a greater extent, longitudinal waves, which, if not observed, lead to fault messages. At shallow angles of incidence> 70 °, the Edge rays of the sound bundle already surface e> o waves, which, because of their high test sensitivity, also show disturbances in the surface area of the test object cause.
Bei der Prüfung von nahtlosen Rohren unter Verwendung des Impuls-Echo-Verfahrens im Einkopf- t>-> betrieb, ist ein Einschallwinkelbereich zwischen ca. 40 bis 55° üblich.When testing seamless pipes using the pulse-echo method in a single-head t> -> operation, an angle of incidence between approx. 40 to 55 ° is common.
Für die Prüfung von längs- und spiralnahtgeschweißten Rohren werden Prüfköpfe mit Einschallwinkeln von 45°, 60° und 70° eingesetzt.For the testing of longitudinally and spiral-welded pipes, test heads with angles of incidence are used 45 °, 60 ° and 70 ° used.
Für das Prüfen zylindrischer Prüflinge, wie Stangen, Rundknüppel und Rohre werden, wie eingangs erwähnt, vorwiegend Transversalwellen benutzt. Der jeweils für die Prüfaufgabe erforderliche Einschallwinkel, unter dem die Transversalwelle in den Prüfling gelange, kann nach verschiedenen Methoden erzielt werden. Ausschlaggebend hierfür sind das zur Anwendung kommende Prüfverfahren, der Prüfkopftyp und die Ankopplungsart. For testing cylindrical test objects such as rods, round billets and tubes, as mentioned at the beginning, predominantly used transverse waves. The angle of incidence required for the test task, under that the transverse wave gets into the test object can be achieved by various methods. Decisive this includes the test method used, the type of probe and the type of coupling.
Mit wenigen Ausnahmen gilt für alle Verfahren, Prüfkopftypen und Ankopplungsarten, daß die benötigte Transversalwelle durch Brechung einer Longitudinalwelle an der Oberfläche des Prüflings erzeugt wird. Der benutzte Einschallwinkel der Transversalwelle entsteht dabei unter Einschaltung einer Longitudinalwelle mit einem bestimmten Einfallwinkel zur Oberfläche des Prüflings. Zur Prüfung zylindrischer Prüflinge mit Transversalwellen — auch Schrägeinschallung genannt — ist die Verwendung von Winkelprüfköpfen mit fest vorgegebenen Einfallwinkel für die entsprechend benötigten Schallwinkel im Prüfling allgemein üblich. Die Angabe des Winkels der Winkelprüfköpfe bezieht sich auf den Schallwinkel im Prüfling, wobei die angegebenen Schallwinkel der Winkelprüfköpfe, infolge der unterschiedlichen Brechung am Übergang in das Prüfmedium, immer nur für ein bestimmtes Material gelten.With a few exceptions, the required one applies to all procedures, probe types and coupling types Transverse wave is generated by refraction of a longitudinal wave on the surface of the test object. Of the The angle of incidence of the transverse wave used arises with the inclusion of a longitudinal wave a certain angle of incidence to the surface of the test object. For testing cylindrical specimens with Transversal waves - also called oblique insonification - is the use of angle probes with fixed specified angle of incidence for the correspondingly required sound angle in the test object is common practice. The specification of the angle of the angle probes relates to the sound angle in the test object, whereby the specified sound angle of the angle probes, due to the different refraction at the transition into the Test medium, only ever apply to a specific material.
In automatischen Prüfanlagen einer Produktionsstraße müssen zur Erzielung eines hohen Laufzeitfaktors besondere Anforderungen an die Prüfmechanik gestellt und möglichst kurze Umbauzeiten angestrebt werden. Hierbei hat sich der Austausch von Prüfköpfen zur Erzielung eines anderen Einschallwinkels als hinderlich erwiesen. Aus diesem Grunde entstanden eine Reihe von Systemen, die es durch Schwenken der Winkelköpfe mit Hilfe besonderer Vorrichtungen ermöglichen, die Einfallwinkel und damit die Schallwinkel im Prüfling kontinuierlich zu verändern. Diese Entwicklung führte zu Winkelprüfköpfen mit veränderbarem Einschallwinkel und speziellen, der Prüfaufgabe angepaßten Prüfkopfhalterungen, wie z. B. Rohrprüfsättel für kleinere Rohre und Stangen und Prüfkopfhalterungen bei der Schweißnahtprüfung mit schwenkbaren Winkelprüfköpfen. Die Einschallwinkel im Stahl ergeben sich aus der Brechung des Schallstrahles bei Eintritt in das Prüfmedium. Das Verhältnis von Einfall- zu Einschallwinkel ist dabei bei Verwendung von Winkelprüfköpfen unabhängig von der Ankopplungsart — fester Kontakt, Flüssigkeitskontakt, Wasserspaltkontakt, Kontakt mittels Wasservorlaufstrecke — immer gleich. Entscheidend ist das Medium der Vorlaufstrecke bei Winkelprüfköpfen z. B. Plexiglas und das Medium des Prüflings, z. B.Stahl.In automatic test systems on a production line, in order to achieve a high runtime factor special requirements are placed on the test mechanics and the aim is to achieve the shortest possible conversion times. The exchange of probes to achieve a different angle of incidence has proven to be a hindrance proven. For this reason, a number of systems were created that make it possible by pivoting the angle heads With the help of special devices, enable the angle of incidence and thus the sound angle in the test object to change continuously. This development led to angle probes with a variable angle of incidence and special test head holders adapted to the test task, such as B. pipe test saddles for smaller tubes and rods and test head holders when testing weld seams with swiveling angle test heads. The angles of incidence in the steel result from the refraction of the sound beam when it enters the Test medium. The ratio of the angle of incidence to the angle of incidence is when using angle probes regardless of the type of coupling - fixed contact, liquid contact, water gap contact, contact by means of Water supply section - always the same. The decisive factor is the medium of the feed line in the case of angle probes z. B. Plexiglas and the medium of the test object, z. B. Steel.
Nachteilig bei den bekannten Systemen zur Verstellung des Einschallwinkels ist, daß komplizierte mechanische Einstellvorrichtungen erforderlich sind, die meistens nur für bestimmte Abmessungs- und Einschallwinkelbereiche angewendet werden können. Die Messung des zur Prüfung benutzten Einschallwinkels ist schwierig und nicht reproduzierbar. Ferner ist eine Verschiebung des Schalleintrittspunk'ces an der Prüflingsoberfläche nicht zu vermeiden.The disadvantage of the known systems for adjusting the insonification angle is that they are complicated mechanical Adjustment devices are required, mostly only for certain dimensions and angles of incidence can be applied. The measurement of the angle of incidence used for the test is difficult and not reproducible. Furthermore, there is a shift in the sound entry point on the test object surface can not be avoided.
Aus der US-PS 31 75 106 ist eine Einrichtung bekannt, mit der der Einschallwinkel veränderbar ist. In diesem Fall ist dem Prüfkopf ein mit einer Flüssigkeit gefüllter Behälter vorgeordnet und mittels einer mechanischenFrom US-PS 31 75 106 a device is known with which the beam angle can be changed. In this In the case of the test head, a container filled with a liquid is arranged upstream and by means of a mechanical one
Einrichtung kann auf die Flüssigkeit in dem Behälter ein veränderbarer Druck ausgeübt werden. Da die Schallgeschwindigkeit druckabhängig ist, läßt sich auf diese Weise der Austrittswinkel des Schalls und damit der Eintrittswinkel in den Prüfling verändern.Device, a variable pressure can be applied to the liquid in the container. Since the speed of sound is pressure-dependent, the exit angle of the sound and thus the Change the entry angle into the test item.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einstellen von Einschallwinkeln bei der US-Prüfung von Rohren und gebogenen Blechen zu schaffen, mit dem in einer automatischen Prüfanlage einer Produktionssiraße ein vom Bedienungspersonal unabhängiges reproduzierbares Einstellen von Einschallwinkeln ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a method for setting insonification angles in the US test of To create pipes and bent sheets with the in an automatic testing system of a production line enables a reproducible setting of insonification angles independent of the operating personnel will.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Einschallwinkel durch gezielte Änderung und anschließende Konstanthaltung der Temperatur des Wassers eingestellt wird, wobei bei allen Rohr- und Blechabmessungen der gleiche Einschallpunkt beibehalten wird.This object is achieved according to the invention in that the angle of incidence by targeted change and subsequent maintenance of the temperature of the water is set, with all pipe and Sheet dimensions the same insonification point is maintained.
Das erfindungsgemäße Einstellungsverfahren weist gegenüber den bisher bekannten Methode.1 erhebliche Vorteile auf, z. B.:The adjustment method according to the invention has considerable compared to the previously known Method.1 Advantages on, e.g. B .:
1. Eine beträchtliche Anzahl von mechanischen Einstellvorrichtungen zur Winkeleinstellung in automatischen Prüfanlagen entfallen.1. A considerable number of mechanical adjustment devices for angle adjustment in automatic test systems are not required.
2. In bestimmten Abmessungs- und Einschallungswinkelbereichen der Prüflinge entfällt jegliche mechanische Prüfverstellung.2. In certain dimension and angle of incidence ranges the test items do not have any mechanical test adjustment.
3. Die Einstellzeiten werden verkürzt und damit die Laufzeitfaktoren erhöht. jo3. The setting times are shortened and thus the runtime factors are increased. jo
4. Die zur Prüfung benutzten Einschallwinkel lassen sich über die Wassertemperaturbestimmung genauer ermitteln als mit der jeweils benutzten Prüfkopfhalterung oder einer mechanischen Meßvorrichtung. y, 4. The angles of incidence used for the test can be determined more precisely by determining the water temperature than with the test head holder used in each case or a mechanical measuring device. y,
5. Bei der erfindungsgemäßen Einschallwinkeländerung kommt es zu keiner Verschiebung des Schalleintrittspunktes an der Prüflingsoberfläche.5. With the change in angle of incidence according to the invention, there is no shift of the Sound entry point on the test object surface.
Dies wäre aber gerade mit der Einrichtung gemäß der vorgenannten US-PS 31 75 106 der Fall, weil hier am Übergang des Druckmediums zur Behälterwand und von der Behälterwand zum Prüfling eine doppelte Brechung eintritt und damit zwangsläufig die Verschiebung des Eintrittspunktes an der Oberfläche des Prüflings.But this would be the case with the device according to the aforementioned US-PS 31 75 106 because here on There is a double transition from the pressure medium to the container wall and from the container wall to the test item Refraction occurs and thus inevitably the shift of the entry point on the surface of the Test item.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe method according to the invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows
F i g. 1 die Verhältnisse bei einem Winkelprüfkopf, bei festem Kontakt,F i g. 1 the conditions for an angle probe, with firm contact,
Fig.2 die Verhältnisse eines Winkelprüfkopfes bei Wasserspaltkontakt,2 shows the relationships of an angle probe at Water gap contact,
F i g. 3 die Verhältnisse der Tauchtechnikprüfung,F i g. 3 the conditions of the diving technique test,
Fig.4 den Einfluß der Wassertemperatur auf den Einschallwinkel (txst)an der Grenzfläche Wasser/Stahl,Fig. 4 the influence of the water temperature on the angle of incidence (txst) at the water / steel interface,
Fig.5 das Prinzip der US-Prüfung nach der Tauchtechnik bei einem Rohr von 90 χ 12 mm,Fig. 5 the principle of the ultrasonic test using the immersion technique for a pipe of 90 χ 12 mm,
F i g. 6 die Einschallverhältnisse bei einem Rohr von 120 χ 12 mm gemäß Fig.5.F i g. 6 shows the sound conditions for a pipe of 120 χ 12 mm according to Fig. 5.
Dabei zeigen lediglich die F i g. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens.Only the FIGS. 3 to 6 exemplary embodiments of the method according to the invention.
In der Darstellung in Fi g. 1 handelt es sich um festen bzw. Flüssigkeitskontakt. Der Winkelprüfkopf 7 ist durch das Ankopplungsmedium 4 an den Prüfling 3 angekoppelt. Besteht das Medium 1 im Prüfkopf 7 aus Plexiglas und das Medium 3 (Prüfling) aus Stahl und ist ferner die auftreffende im Schwinger 8 erzeugte Schallwelle 5 eine Longitudinalwelle und die durchgehende an der Grenzfläche gebrochene Schallwelle 6 eine Transversalwelle, so ergibt sich aufgrund des Brechungsgesetzes bei einem Einfallwinkel von «/>/. = 37° ein Einschallwinkel *<,·,=·■ 45,3°. In die Rechnung nach dem BrechungsgesetzIn the representation in Fi g. 1 is solid or liquid contact. The angle probe 7 is coupled to the test object 3 by the coupling medium 4. If the medium 1 exists in the test head 7 Plexiglas and the medium 3 (test item) made of steel and is also the one generated in the transducer 8 Sound wave 5 is a longitudinal wave and the continuous sound wave 6 broken at the interface a transverse wave, this results from the law of refraction at an angle of incidence of «/> /. = 37 ° an angle of incidence * <, ·, = · ■ 45.3 °. In the bill according to the law of refraction
sin *fL _ C1
sin aSl C3 sin * fL _ C 1
sin a Sl C 3
wurden eingesetzt:were used:
C\ = Schallgeschwindigkeit der Longitudinalwelle von Medium 1 (Plexiglas) = 2,7 · 103 m/s bei 20° C C \ = speed of sound of the longitudinal wave from medium 1 (plexiglass) = 2.7 · 10 3 m / s at 20 ° C
d = Schallgeschwindigkeit der Transversalwelle von Medium 3 (Stahl) = 3,2 ■ 103 m/s. d = speed of sound of the transverse wave of medium 3 (steel) = 3.2 ■ 10 3 m / s.
Da die Schallgeschwindigkeiten temperaturabhängig sind, kommt es bei der Brechung in unterschiedlichen Medien je nach dem Grad der Schallgeschwindigkeitsänderung zu mehr oder weniger starken Änderungen des Einschallwinkels oist bei konstantem Einfallwinkel »PL. Der Einschallwinkel hängt also auch noch von der Temperatur in der Vorlaufstrecke ab.Since the speeds of sound are temperature-dependent, the refraction in different media results in more or less strong changes in the angle of incidence oist at a constant angle of incidence »PL, depending on the degree of change in the speed of sound. The angle of incidence also depends on the temperature in the feed line.
Bei Winkelprüfköpfen besteht die Vorlaufstrecke, wie bereits erwähnt, in der Regel aus festem Material, am häufigsten aus Plexiglas. Die Änderung des Winkels ocsi bei einer Temperaturschwankung von ±10°C beträgt bei einem Bezugspunkt von 20°C nach Krautkrämer bei WinkelprüfköpfenIn the case of angle probes, as already mentioned, the feed line is usually made of solid material, most often of Plexiglas. The change in the angle ocsi with a temperature fluctuation of ± 10 ° C is at a reference point of 20 ° C according to Krautkrämer for angle probes
von 45° = ±0,3°
von 60° = ±0,5°
von 70° = ±0,8°
von 80° = ±1,5°.of 45 ° = ± 0.3 °
of 60 ° = ± 0.5 °
of 70 ° = ± 0.8 °
of 80 ° = ± 1.5 °.
Die Änderung des Einschallwinkels ist demnach bei Winkelprüfköpfen gering und kann bei den meisten Prüfaufgaben vernachlässigt werden.The change in the insonification angle is therefore small with angle probes and can be with most of them Test tasks are neglected.
Bei Verwendung von Winkelprüfköpfen spielt unabhängig von der Ankopplungsart, also festem Kontakt, Flüssigkeitskontakt, Wasserspaltkontakt, Kontakt mittels Wasservorlaufstrecke eine evtl. Temperaturschwankung des Ankopplungsmediums aufgrund der physikalischen Zusammenhänge überhaupt keine Rolle.When using angle probes, regardless of the type of coupling, i.e. fixed contact, Liquid contact, water gap contact, contact by means of the water flow path, a possible temperature fluctuation of the coupling medium is irrelevant due to the physical relationships.
Die in F i g. 2 dargestellten Verhältnisse bei Verwendung von Winkelprüfköpfen bei Wasserspaltkontakt bzw. Kontakt mittels Wasservorlaufstrecke dienen zum besseren Verständnis der weiteren Beschreibung. Läuft beispielsweise eine Longitudinalwelle 5 vom Schwinger 8 im Winkelprüfkopf 7 durch das Medium 1 (Plexiglas) und trifft unter einem Einfallwinkel von ocpl = 37° auf das Medium Wasser 2, so wird aufgrund des Brechungsgesetzes die Schallwelle zum Lot hin gebrochen und die Longitudinalwelle 10 trifft unter einem Einfallwinkel Kw= 19° auf das Medium 3 (Stahl). Nun wird die Welle aufgrund des Brechungsgesetzes vom Lot weg gebrochen und im Stahl läuft die unter anderem entstehende Transversalwelle 9 unter einem Winkel Λ5, = 45,3° weiter. Trotz zusätzlicher Wasservorlaufstrecke ist also das Verhältnis der Brechung zwischen Medium 1 und 3 gleichgeblieben und entsoricht dem Verhältnis bei direktem Kontakt (Fig. 1). Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel hat sich aufgrund der zusätzlichen Wasservorlaufstrecke lediglich der Einschallpunkt an der Oberfläche des Prüflings (Medium 3) geändert, d. h. der Einschallpunkt hat sich um den Betrag A verschoben.The in F i g. The relationships shown in FIG. 2 when using angle probes with water gap contact or contact by means of a water inlet section serve for a better understanding of the further description. If, for example, a longitudinal wave 5 runs from the transducer 8 in the angle probe 7 through the medium 1 (Plexiglas) and hits the medium water 2 at an angle of incidence of ocpl = 37 ° , the sound wave is refracted towards the perpendicular due to the law of refraction and the longitudinal wave 10 hits at an angle of incidence Kw = 19 ° on medium 3 (steel). Now, due to the law of refraction, the wave is broken away from the perpendicular and the transverse wave 9 that is created, among other things, continues to run in the steel at an angle Λ 5 = 45.3 °. Despite the additional water supply section, the ratio of refraction between medium 1 and 3 has remained the same and is no longer the same as in the case of direct contact (Fig. 1). In the example shown in FIG. 2, only the insonification point on the surface of the test object (medium 3) has changed due to the additional water flow path, ie the insonification point has shifted by the amount A.
Für das in F i g. 2 gezeigte Beispiel gilt demnach auch die FormelFor the in FIG. The example shown in FIG. 2 therefore also applies to the formula
sin apt Cjsin ap t Cj
sinas, C3 ' jsina s , C 3 'j
Die beiden Formeln für die Berechnungen der Schallbrechung von Medium 1 zu 2 bzw. von 2 zu 3 kürzen sich aus der Gesamtberechnung heraus. Aus diesem Grunde verursachen bei Wasserspaltankopp- to lung oder Ankopplung mit Wasservorlaufstrecke bei Verwendung von Winkelprüfköpfen mit z. B. Plexiglas als Vorlaufstrecke eventuelle Temperaturänderungen des Ankopplungsmediums keine Änderungen des Einschallwinkels.The two formulas for calculating the refraction of sound from medium 1 to 2 and from 2 to 3 cancel themselves out of the total calculation. For this reason cause water gap coupling to ment or coupling with water supply line when using angle probes with z. B. Plexiglas as a flow path, any temperature changes in the coupling medium, no changes in the Angle of incidence.
Anstelle von Winkelprüfköpfen für die Prüfung mit Transversalwellen können auch Normalprüfköpfe verwendet werden. Hierzu müssen die Normalprüfköpfe zum Lot des Prüflings hin derart geneigt werden, daß durch einen bestimmten Einfallwinkel der gewünschte Einschallwinkel im Stahl erzielt wird. Der hierbei verbleibende Spalt zwischen Prüfkopf und Prüfling kann mit einem flüssigen Ankopplungsmedium ausgefüllt werden. Anstelle des festen Mediums (Plexiglas) als Vorlaufstrecke in Winkelprüfköpfen tritt dann ein flüssiges Medium bei Normalprüfköpfen. Man kennt diese Art der Prüftechnik Tauchtechnikprüfung. In der Regel wird das Ankopplungsmedium Wasser verwendet. Bei der Tauchtechnikprüfung kann man, wenn Wasser als Ankopplungsmedium verwendet wird, jeden Einschallwinkel im Prüfling beliebig einstellen, wenn der Einfallwinkel des auf den Prüfling einfallenden Schallbündels zwischen 0 und 27,5° verändert wird.Instead of angle probes for testing with transverse waves, normal probes can also be used will. For this purpose, the normal probes must be inclined towards the perpendicular of the test object in such a way that the desired angle of incidence in the steel is achieved through a certain angle of incidence. The one here The remaining gap between the test head and the test item can be filled with a liquid coupling medium will. Instead of the solid medium (Plexiglas) as a feed path in angle probes then occurs liquid medium with normal probes. We know this type of testing technology diving technology test. In the The coupling medium water is usually used. With the diving technique test you can, if Water is used as the coupling medium, any angle of incidence in the test object can be set as desired, if the The angle of incidence of the sound beam incident on the test object is changed between 0 and 27.5 °.
Die bei der Tauchtechnikprüfung auftretenden Verhältnisse sind in F i g. 3 dargestellt. Ein Normalprüfkopf 11 mit dem Schwinger 12 befindet sich im Wasser als Ankopplungsmedium 2. Trifft die Longitudinalwelle 13 unter einen Einfallwinkel von <xw= 19° auf Medium 3 (Stahl), so wird die im Prüfling entstehende Transversalwelle 14 gemäß dem BrechungsgesetzThe conditions occurring during the diving technique test are shown in FIG. 3 shown. A normal probe 11 with the oscillator 12 is located in the water as a coupling medium 2. The longitudinal wave hits 13 at an angle of incidence of <xw = 19 ° on medium 3 (Steel), the transverse wave 14 created in the test specimen becomes according to the law of refraction
sin λ... C2 sin λ ... C 2
sin rtSr C3 sin rt Sr C 3
unter einem Einschallwinkel ocsi von 45,3° vom Lot weg gebrochen.broken away from the perpendicular at an angle of incidence ocsi of 45.3 °.
Hierbei bedeutetHere means
«„ = Einfallwinkel in Wasser,«" = Angle of incidence in water,
«μ = Einschallwinkel in Stahl, C? = Schallgeschwindigkeit der Longitudinalwelle von Medium 2 (Wasser bei«Μ = angle of incidence in steel, C? = Speed of sound of the longitudinal wave of medium 2 (water at
20°C) = 1,48 · 10Jm/s,
Ci = Schallgeschwindigkeit der Transversalwelle20 ° C) = 1.48 10 J m / s,
Ci = speed of sound of the transverse wave
von Medium 3 (Stahl) = 3,2 · 103 m/s. 5r>of medium 3 (steel) = 3.2 · 10 3 m / s. 5 r >
Die Schallgeschwindigkeit im Wasser ist stark temperaturabhängig. Wird als Vorlaufstrecke bei Prüfaufgaben unter Benutzung von Transversalwellcn Wasser benutzt, also bei der Tauchtechnikprüfung, muß wi bei speziellen Prüfproblemen diese Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden. Diese führte auch zu verschiedenen Lösungswegcn in der Prüftechnik. Bei geeigneten Mischungen von Äthylalkohol und Wasser bleibt die Schallgeschwindigkeit im Wasser in einem μ Temperaturbereich von 0 bis 30" nahezu gleich. In der Literatur werden Mischungen von 15 bis 20 Gcw.-'v'o Alkohol angegeben. Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung des Temperatureinflusses ist die Konstanthaltung der Temperatur des Ankopplungsmediums. The speed of sound in water is strongly temperature dependent. Used as a pre-run route Test tasks using transversal water used, i.e. in the diving technique test, must wi this temperature dependency must be taken into account in the case of special test problems. This also led to different approaches in testing technology. With suitable mixtures of ethyl alcohol and water the speed of sound in water remains almost the same in a μ temperature range from 0 to 30 ". In the Mixtures of 15 to 20% by weight alcohol are given in the literature. Another way to Preventing the influence of temperature is to keep the temperature of the coupling medium constant.
Um den Temperatureinfluß so gering wie möglich zu halten, kann man auch zwischen Schwinger und Prüfling in der Flüssigkeitsstrecke einen Keil, z. B. aus Plexiglas schieben, derart, daß die Longitudinalwelle senkrecht auf den Keil auflrifft, so daß eine weitere Brechung zwischen Plexiglas und Wasser stattfindet und infolge der dann wieder zweimal stattfindenden Schallbrechung — fest/flüssig und flüssig/fest — die Temperaturauswirkungen des Wassers auslöscht. In diesem Fall gelter wieder die Verhältnisse der Brechung fest/fest und e: geht nur der Temperatureinfluß des Plexiglases ein, s Beispiel der Erzeugung von Transversalwellen mi Winkelprüfköpfen (Fig. 2) bei Wasserspaltankopplunf oder Ankopplung mit Wasservorlaufstrecke.In order to keep the influence of temperature as low as possible, you can also move between the transducer and the test object in the liquid path a wedge, e.g. B. slide from plexiglass in such a way that the longitudinal wave is perpendicular strikes the wedge, so that a further refraction takes place between Plexiglas and water and as a result the sound refraction, which then takes place twice again - solid / liquid and liquid / solid - the effects of temperature of water extinguishes. In this case the ratios of the refraction fixed / fixed and e apply again: only the temperature influence of the plexiglass is included, see example of the generation of transverse waves mi Angle probes (Fig. 2) with water gap coupling or coupling with water supply section.
In Fig.4 ist der Einfluß der Wassertemperatur aul den Einschallwinkel «J( an der Grenzfläche Wasser/ Stahl dargestellt. Es handelt sich hierbei um theoretisch berechnete Werte. Der Einschallwinkel «s, ist als Funktion der Wassertemperatur in 0C aufgetragen wobei verschiedene Einfallswinkel a.w als Parameter füi einige Beispiele herangezogen werden. Man erkennt daß besonders im unteren Temperaturbereich <45°C die Einstellwinkeländerung beim Temperaturabfal beträchtlich ist. Dieser Effekt steigert sich noch zusätzlich mit größer werdendem Einschallwinkel Während z. B. bei einem Einfallwinkel von <x„,=25° unc einer Wassertemperatur von 40°C (Linie 15 in Fig.4 der Einschallwinkel «5i ca. 63,6° (Linie 16 in Fig.4 beträgt, erhält man bei einer Temperatur von 5° C (LinieIn Figure 4, the influence of the water temperature aul the insonification "J (at the interface of water / steel shown. This is to theoretically calculated values of the angle of incidence" s., Is plotted as a function of water temperature at 0 C with various angles of incidence a . w as parameters Fuei some examples will be used. It can be seen that especially in the lower temperature range <45 ° C the Einstellwinkeländerung when Temperaturabfal considerably is. This effect increases even further with increasing angle of incidence While, for. example, at an incident angle of <x ' , = 25 ° and a water temperature of 40 ° C (line 15 in FIG. 4, the insonification angle 5 i is approx. 63.6 ° (line 16 in FIG. 4) is obtained at a temperature of 5 ° C. (line
17 in F i g. 4) einen Einschallwinkel «J( von ca. 74° (Linie17 in FIG. 4) an angle of incidence « J ( of approx. 74 ° (line
18 in Fig.4) bei gleichbleibendem Einschallwinkel α, von 25°. Demnach lassen sich erfindungsgemäß alle zwischen 63,6 und 74° liegenden Einschallwinkel be konstantem Einfallwinkel von 25° durch Temperaturän derung im Bereich von 5 und 40° einstellen.18 in Fig. 4) with a constant angle of incidence α, of 25 °. Accordingly, according to the invention, all beam angles between 63.6 and 74 ° can be be Set a constant angle of incidence of 25 ° by changing the temperature in the range of 5 and 40 °.
Bei der Vielzahl von Prüfaufgaben in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung können an dieser Stelle nichi die für jeden Prüfling erforderlichen Einschallwinkelbe reiche angegeben werden. Dies ist von der Herstellungsart, der Dimension und anderen Faktoren de; Prüflings abhängig. Außerdem spielen hierbei auch unterschiedliche Qualitätsnormen in den einzelner Herstellerwerken eine entscheidende Rolle.Given the multitude of test tasks in non-destructive materials testing, it is not possible to do this at this point the insonification angle ranges required for each test object are specified. This is of the type of manufacture, the dimension and other factors de; Test item dependent. Also play here too different quality standards in the individual manufacturing plants play a decisive role.
Reicht beispielsweise bei einem geschweißten Erzeugnis für den gesamten Abmessungsbereich aufgrüne sämtlicher Prüfvorgaben der Einschallwinkelbereicr des oben beschriebenen Beispiels von 63,6° bis 74° aus so kann die Prüfung mit einem fest voreingestellter Prüfblock mit festem Einfallwinkel von 25° durchgeführt werden, wenn die Winkelverstellung mittel! Wassertemperaturänderung erfolgt.For example, in the case of a welded product, it is sufficient for the entire range of dimensions of all test specifications of the insonification angle range of the example described above from 63.6 ° to 74 ° so the test can be carried out with a fixed, preset test block with a fixed angle of incidence of 25 ° if the angle adjustment is medium! Water temperature change takes place.
In F i g. 5 ist das Prinzip der US-Prüfung von Rohrcr nach dem Tauchlcchnikverfahren dargestellt, wobc bereits angenommen wurde, daß die Einschallwinkcl verstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahrer durch Temperaturänderung des Ankopplungswasscr· erfolgt. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist Bedingung, daß der Einschallpunkt bei allen Rohrdimcnsioncr der gleiche ist und sich die Einstrahlrichtung de; Schallbündels, bezogen zur Senkrechten des Rohres nicht ändert.In Fig. 5 is the principle of US testing of Rohrcr according to the immersion technique, whereby it was already assumed that the insonification angle adjustment according to the method according to the invention by changing the temperature of the coupling water he follows. When using this procedure it is a condition that the insonification point for all pipe dimensions is the same and the direction of irradiation is de; Sound bundle, related to the vertical of the pipe does not change.
In dieser Zeichnung ist der Prüfkopf 23 se: ausgerichtet, daß die Longiludinalwelle 25 des Schall.' aus dem Schwinger 24 unter einem Einfallwinkel <\„ gleich 19,5" auf ein Rohr (Medium 3) der AbmessungIn this drawing the test head 23 se is: aligned that the longiludinal wave 25 of the sound. ' from the oscillator 24 at an angle of incidence <\ " equal to 19.5 "on a pipe (medium 3) of dimension
90 χ 12 auflrifft. Die Vorlaiifstrecke im Medium 2 sei Wasser von 40°C. In diesem Fall wird die für die Prüfung verwendete und im Prüfling entstehende Transversalwelle 26 um λΛι = 45" vom Lot weg gebrochen. Die Prüfung erfolgt damit mit einem Einschallwinkel von ixs, = 45°. Die hier angegebenen Werte können auch der F i g. 4, Linien 19 und 20 entnommen werden. Aufgrund der Rohrkrümmung ergibt sich infolge der Schallreflexion an der Rohrinnenwand ein Auftreffwinkel j9 = 74°. Dieser Auftreffwinkel spielt eine wesentliche Rolle für das Auffinden von Fehlern an bzw. im Bereich der Rohrinnenwand.90 χ 12 hits. Let the flow section in medium 2 be water at 40 ° C. In this case, the transverse wave 26 used for the test and produced in the test object is broken away from the perpendicular by λ Λ ι = 45 ". The test is thus carried out with an angle of incidence of ix s = 45 °. The values given here can also be derived from F 4, lines 19 and 20. Due to the curvature of the pipe, the sound reflection on the pipe inner wall results in an angle of incidence j9 = 74 °.
In Fig. 6 sind die Einschallverhältnisse bei der Rohrabmessung 120 χ 12 dargestellt.In Fig. 6 the sound conditions are at the Tube dimensions 120 χ 12 shown.
Gemäß der für dieses Verfahren gemachten Voraussetzung der Beibehaltung des Einschallpunktes bei Dimensionsänderung fällt die Longitudinalwelle 5 auch bei dieser Abmessung unter einem Einfallwinkel von «„■= 19,5° auf den Prüfling. Aufgrund der Brechung von Wasser — Stahl bei 40° Wassertemperatur beträgt der Einschallwinkel a„ auch hier a„, = 45°, wie bei der Abmessung 90 χ 12 in F i g. 5. Der Auftreffwinkel 0i bei der Abmessung 120 χ 12 entspricht jedoch nicht mehr dem Auftreffwinkel der Abmessung 90 χ 12 in Fig. 5, da nun die Rohrkrümmung eine andere ist. Er beträgt nunmehr 0i =63°.According to the requirement made for this method of maintaining the insonification point at Dimensional change, the longitudinal wave 5 also falls with this dimension at an angle of incidence of «„ ■ = 19.5 ° on the test item. Due to the refraction of Water - steel at 40 ° water temperature is the angle of incidence a "also here a" = 45 °, as with the Dimension 90 χ 12 in Fig. 5. However, the angle of incidence 0i for the dimension 120 χ 12 no longer corresponds the angle of incidence of the dimension 90 χ 12 in Fig. 5, since the pipe curvature is now different. He is now 0i = 63 °.
Zeigt sich nun beispielsweise in der Praxis, daß zur Bildung einer optimalen Fehlernachweisbarkeit für die inneren und äußeren Prüfbereiche des Prüflings auch bei dieser Abmessung ein Auftreffwinkel β = 74° sowie bei der Rohrabmessung von 90 χ 12 mm (F i g. 5) erforderlich ist, muß eine geringfügige Veränderung des Einschallwinkels «.„ und damit auch des Einfallwinkels λ,, erfolgen. Diese Verstellung wird erfindungsgemäß ohne Veränderung des Einfallwinkels «„ durch Temperaturänderung des Wassers vorgenommen. For example, it has been shown in practice that an impact angle β = 74 ° is required for the inner and outer test areas of the test object for the inner and outer test areas, as well as with the pipe dimension of 90 χ 12 mm (Fig. 5) , there must be a slight change in the angle of incidence "." and thus also in the angle of incidence λ ". This adjustment is carried out according to the invention without changing the angle of incidence "" by changing the temperature of the water.
Aufgrund von geometrischen Beziehungen beträgt der Auftreffwinkel β des Zentralstrahles eines Schallbündels, welches unter einem Einschallwinkel von «V7 = 45C bei der Rohrabmessung 90 χ 12 wie bereits näher erläutert 0 = 74°. Um nun auch bei der Rohrabmessung 120 χ 12 einen Auftreffwinkel von β = 74° — in F i g. 6 mit 02 bezeichnet — zu erzeugen, muß der Einschallwinkel <xs, von 45° auf ca. 50° — in F i g. 6 mit α.»/ bzw. ^-,,bezeichnet — verstellt werden.Because of geometric relations of the landing angle β of the central ray of a sound beam which is at an angle of incidence of "V7 = 45 C in the conduit 90 χ dimension 12 as already explained in more detail 0 = 74 °. In order to now also achieve an impact angle of β = 74 ° with the tube dimension 120 χ 12 - in FIG. 6 denoted by 02 - to be generated, the angle of incidence must be <x s , from 45 ° to approx. 50 ° - in FIG. 6 denoted by α. »/ Or ^ - ,, - can be adjusted.
Zur Verstellung des Einschallwinkels wird die Wassertemperatur von 4O1-C auf 2,5°C (Linie 21 in Fig.4) abgesenkt. Bei dieser Temperatur beträgt der Einschallwinkel «s(_,=50° (Linie 22 in F i g. 4) bei einem Einfallwinkel von α,, = 19,5°. Damit entspricht dann 02 = 0 = 74°.To adjust the insonification angle, the water temperature is lowered from 40 1- C to 2.5 ° C (line 21 in Fig. 4). At this temperature, the angle of incidence s ( _, = 50 ° (line 22 in FIG. 4) at an angle of incidence of α, = 19.5 °. This then corresponds to 0 2 = 0 = 74 °.
Durch alleinige Temperaturveränderungen von 40°C auf 2,5°C ist es somit möglich, beispielsweise bei der Rohrabmessung 120 χ 12 mm den Einschallwinkel «·,·//= 45° und den Auftreffwinkel ß\=63° auf iX.s-,_,= 50° bzw. 02 = 74° zu verstellen.By simply changing the temperature from 40 ° C to 2.5 ° C, it is possible to set the angle of incidence «·, · // = 45 ° and the angle of incidence ß \ = 63 ° to iX.s- for a tube dimension of 120 χ 12 mm, for example. , _, = 50 ° or 02 = 74 °.
Hierzu 5 Blatt ZeiclinuimcnFor this purpose 5 sheets of paper
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Legal Events
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Owner name: RIES, KARL, 4330 MUELHEIM, DE HANNOSCHOECK, KURT, |
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